Новости химической науки > Получена наносубмарина, приводимая в действие светом

Хотя субмарина, созданная в Университете Райса, еще не готова для того, чтобы использоваться в съемках ремейка фильма «Фантастическое путешествие», но она показала, что вполне может отправляться в путешествие.

Каждая из 244-атомных молекул, полученных в лаборатории Джеймса Тура (James Tour) уже готова к погружению и оснащена молекулярным мотором, который приводится в действие ультрафиолетом. На каждом этапе работы мотора его хвостообразный пропеллер движет субмарину на расстояние в 18 нанометров.

Рисунок из Nano Letters, 2015; DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03764

Скорость колебательного движения мотора субмарины составляет миллион колебаний в секунду, и это колебательное движение трансформируется в поступательную скорость. Хотя максимальная скорость субмарины составляет всего 2,5 см в секунду, Тур отмечает, что даже такая скорость является существенным прорывом для молекулярных устройств.

Наномашина, созданная в лаборатории Тура, демонстрирует 26%-ое «ускорение диффузии»: наносистема «плывет» быстрее, чем в том случае, если бы она перемещалась только в результате броуновского движения. Результаты исследования показывают, что наноразмерные устройства обладают достаточной мощностью, чтобы перемещать молекулярное устройство через раствор, содержащий движущиеся молекулы, размеры которых сравнимы с размерами «наноплавсредства». Тур сравнивает движение его системы с движением человека на спортивной площадке, в которого тысяча людей кидает баскетбольные мячи.

Группа Тура, которая изначально получила известность среди химиков благодаря синтезу «нанопутов» - антропоморфных молекул, которые, однако, не имели отношения к нанохимии и наносистемам. Десятилетие назад в группе Тура была синтезирована «наномашина» - состоящий из одной молекулы молекулярный мотор, оснащенный четырьмя колесами, осями и независимой подвеской, способный перемещаться по поверхности.

По словам Тура, в последнее время многие химики получали оснащенные молекулярными моторами микроскопические и наноразмерные машины, однако при синтезе большинства таких систем используются или выделяются токсичные вещества. Он добавляет, что первоначально тот мотор, которым было задумано оснастить его наноразмерную субмарину, был получен химиками из Нидерландов в результате 20-стадийного синтеза.

Полный цикл работы (которая более похожа на работу жгутика бактерии, чем на гребной винт обычных кораблей) мотора субмарины складывается из четырех стадий. При облучении светом двойная связь, связывающая мотор с корпусом субмарины, превращается в одинарную и получает возможность вращаться. Когда атомы мотора перегруппировываются, чтобы занять более энергетически выгодное состояние, мотор делает еще одно вращательное движение. Движение мотора продолжается, пока продолжается его активация светом.

Для сравнения исследователи также строили в лаборатории наносубмарины без моторов, с моторами, работающими по другим принципам. По словам ученых, корпуса всех полученных ими наносубмарин флуоресцируют красным при возбуждении лазером (Тур заявляет, что, несмотря на многочисленные попытки, желтой флуоресцентной эмиссии добиться не удалось). Флуоресценция «плашкоутов» субмарин позволила более детально изучить особенности движения синтезированных наносистем с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии (использованные ранее методы исследования, с помощью которых изучалось движение наномашин – сканирующая туннельная микроскопия и обычная флуоресцентная микроскопия в данном случае оказались бесполезными).

Исследователи из группы Райса надеются, что в перспективе такие наносистемы смогут переносить по микрокапиллярам или по кровеносным сосудам какую-либо полезную нагрузку, в том числе и вещества, обладающие фармакологической активностью.

Источник: Nano Letters, 2015; DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03764

метки статьи: #молекулярные устройства, #нанотехнологии, #органическая химия